Qu'est-ce que la graisse thermique?Propriétés et utilisations

La graisse thermique aide à transférer la chaleur entre des pièces chaudes comme les CPU et les GPU et leurs unités de refroidissement, généralement des dissipateurs de chaleur.Cet article examine le rôle important de la graisse thermique, couvrant sa composition, ses qualités et comment l'utiliser pour assurer un bon transfert de chaleur.Nous discuterons de différents types de graisse thermique, y compris du silicone, du métal, de la céramique, du carbone et du métal liquide, et comment chacun répond aux besoins spécifiques.L'article explique également la bonne façon d'appliquer la graisse thermique sur des processeurs, en évitant les erreurs et les mythes courants, pour montrer son large rôle dans le maintien des appareils électroniques stables et efficaces.

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Figure 1: graisse thermique

Comment la graisse thermique améliore-t-elle la conduction thermique?

La graisse thermique, communément appelée pâte thermique, est importante pour gérer la chaleur dans les appareils électroniques.Sa fonction principale est de stimuler le transfert de chaleur d'un composant plus chaud, comme un processeur ou un GPU, à un composant plus frais, comme un dissipateur de chaleur, en remplissant les espaces d'air entre leurs surfaces.Au niveau moléculaire, plusieurs mécanismes expliquent comment la graisse thermique améliore la conduction thermique:

Les surfaces de la source de chaleur (par exemple, un processeur) et du dissipateur de chaleur apparaissent lisses à l'œil nu mais sont en fait rugueuses et imparfaites à l'échelle microscopique.Ces imperfections créent de minuscules écarts d'air lorsque les surfaces entrent en contact, et comme l'air est un mauvais conducteur de chaleur, ces lacunes entravent le transfert thermique.La graisse thermique comble ces lacunes, remplaçant l'air par un matériau qui a une conductivité thermique beaucoup plus élevée, améliorant ainsi l'efficacité du transfert de chaleur.

La graisse thermique est fabriquée à partir d'un matériau de base comme le silicone ou l'huile synthétique mélangée à des particules conductrices thermiquement telles que les métaux, la céramique ou le carbone.Ces particules forment un réseau de voies de conduction thermique à travers la graisse, permettant à la chaleur de voyager plus efficacement que par le seul matériau de base.Ce réseau stimule la conductivité thermique globale de l'interface.

L'efficacité du transfert de chaleur à travers une interface est inversement proportionnelle à sa résistance thermique.Améliorer le contact entre la source de chaleur et l'évier et offrant un milieu plus conducteur, la graisse thermique réduit la résistance thermique à l'interface.Il en résulte une dissipation de chaleur plus efficace.

Types de graisses thermiques

GRADES à base de silicone: Ce sont les graisses thermiques les plus utilisées à des fins générales.Ils contiennent des huiles de silicone mélangées à des particules conductrices métalliques ou en céramique telles que l'oxyde de zinc ou l'oxyde d'aluminium.Ils sont rentables et offrent une conductivité thermique modérée.

Figure 2: Grandes à base de silicone

GRAILES MÉTALES: Ces graisses contiennent des particules métalliques comme l'argent, l'aluminium ou le cuivre, qui sont d'excellents conducteurs de chaleur.Les graisses à base de métal offrent une conductivité thermique plus élevée que celles à base de silicone et sont idéales pour les applications haute performance, comme dans les PC de jeu ou les serveurs.

Figure 3: graisses en métal

GRAILES DE LA CÉRAMIQUE: Ces graisses ne contiennent pas de particules métalliques et sont composées de conducteurs en céramique comme le nitrure d'aluminium, le nitrure de bore ou le carbure de silicium.Les graisses en céramique sont conductrices non électriques, ce qui les rend bonnes pour les applications où la conductivité électrique pourrait présenter un risque.

Grandes à base de carbone: y compris le graphite ou la poudre de diamant, ces graisses tirent parti de la conductivité thermique élevée des matériaux de carbone.La poudre de diamant, offre une conductivité thermique supérieure et est utilisée dans des applications nécessitant une dissipation de chaleur exceptionnelle.

Figure 4: Grandes à base de carbone

Graisses en métal liquide: Comprenant des alliages tels que le gallium, ces graisses offrent une conductivité thermique élevée et sont utilisées dans des applications de performances extrêmes.Cependant, ils sont électriquement conducteurs et potentiellement corrosifs en aluminium, nécessitant une application minutieuse.

Figure 5: graisses en métal liquide

Application correcte de la graisse thermique sur les processeurs

Étape 1: Rassemblez vos matériaux

Avant de commencer, assurez-vous d'avoir:

• Graisse thermique

• Alcool isopropylique (au moins 70%)

• Filtre de tissu ou de café sans peluche

• Carte en plastique (en option, pour étaler la pâte)

• CPU et glacière

Étape 2: Préparez la zone de travail

Configurez dans un espace propre, sans poussière et bien éclairé.Bourochez-vous pour éviter les dommages statiques aux composants.Utilisez une sangle de poignet antistatique ou touchez périodiquement un objet métallique mis à la terre.

Étape 3: Nettoyez la surface du CPU

Si vous remplacez l'ancienne pâte thermique ou le nettoyage d'un nouveau CPU, nettoyez soigneusement la surface.Humez un chiffon sans peluche avec de l'alcool isopropylique et essuyez doucement la surface du CPU.Laissez-le sécher complètement.

Figure 6: Nettoyage du processeur et des surfaces du dissipateur de chaleur

Étape 4: Appliquer la graisse thermique

Appliquer une petite quantité de graisse thermique - sur la taille d'un pois ou une ligne mince à travers le centre du processeur.Trop ou trop peu peuvent causer des problèmes.

Figure 7: Application de la graisse thermique

Étape 5: diffuser la pâte (facultative)

Pour une couverture uniforme, vous pouvez répandre la pâte avec une carte en plastique.Veillez à éviter d'utiliser trop de pâte et de créer des bulles d'air.

Étape 6: Installez le refroidisseur de processeur

Placez la glacière sur le CPU uniformément.Appuyez légèrement vers le bas pour assurer un bon contact avec la pâte thermique, puis fixez le refroidisseur selon les instructions du fabricant.Évitez de torsion ou de glissement du refroidisseur pour éviter les poches d'air.

Étape 7: Connectez le refroidisseur à l'alimentation

Branchez le refroidisseur dans l'en-tête du ventilateur du processeur de la carte mère pour l'alimenter.

Figure 8: Connexion du ventilateur de processeur à la carte mère

Étape 8: Testez le système

Alimenter votre système.Entrez le BIOS pour vérifier si la température du processeur se lit normalement et si le ventilateur de CPU est reconnu et fonctionne.Surveillez la température du CPU sous charge pour vous assurer que tout fonctionne comme prévu.

Figure 9: Testez le système

Erreurs et mythes communs dans l'application de la graisse thermique

• Appliquer trop de graisse thermique

Une idée fausse commune est que plus de pâte thermique conduit à un meilleur refroidissement.En réalité, l'objectif de la graisse thermique est de remplir les imperfections microscopiques sur les surfaces du CPU et du dissipateur de chaleur pour améliorer la conduction thermique.Il n'est pas destiné à agir comme le principal conducteur de la chaleur.Une application excessive peut isoler la source de chaleur, en réduisant l'efficacité du transfert de chaleur.Une fine couche uniformément répandue, à propos de l'épaisseur d'une feuille de papier, ou d'un petit point de la taille d'un pois au centre qui se propage sous la pression du dissipateur thermique est idéale.

• Réutiliser l'ancienne graisse thermique

La réutilisation de l'ancienne graisse thermique après avoir démontré un dissipateur de chaleur ou des composants changeants est une autre erreur courante.La graisse thermique utilisée peut sécher et perdre sa conductivité thermique.Lorsque les composants sont séparés, il est préférable de nettoyer complètement l'ancienne pâte et d'appliquer une couche fraîche pour assurer un contact thermique optimal.

• Utilisation de types de graisse thermique incorrects

Différentes graisses thermiques sont conçues pour des applications et conditions spécifiques.Certaines pâtes contiennent des composés à base de métal et sont électriquement conductrices, posant un risque si elles se propagent sur des composants électriques et provoquent un court-circuit.Choisissez une pâte non conductrice pour une utilisation générale, sauf si vous êtes sûr des propriétés de conductivité du produit et de son application sûre.

• croire que toutes les pâtes thermiques sont les mêmes

Un mythe existe que toutes les pâtes thermiques fonctionnent aussi bien, donc le choix n'a pas d'importance.En réalité, les pâtes thermiques varient en composition - certaines incluent des particules d'argent ou de céramique pour améliorer la conductivité thermique.Ces différences peuvent avoir un impact sur les performances, en particulier dans la gestion thermique informatique haute performance.La recherche et la sélection d'une pâte qui convient à vos besoins spécifiques et à votre budget en vaut la peine.

• Ignorer les méthodes d'application

L'efficacité de la pâte thermique peut être grandement influencée par la correction de son application.Les méthodes courantes incluent les méthodes de point, de ligne et de propagation.Chacun présente des avantages en fonction du type de processeur et de la conception du dissipateur de chaleur.Par exemple, les processeurs avec plusieurs noyaux peuvent bénéficier de la méthode de ligne, garantissant que tous les noyaux obtiennent une couverture adéquate.Comprendre la méthode d'application la plus appropriée pour votre matériel garantit une couverture efficace sans débordement.

• Négliger de préparer les surfaces

La préparation correcte des surfaces du processeur et du dissipateur thermique avant d'appliquer la graisse thermique est souvent négligée.La poussière, l'huile ou les résidus peuvent créer une barrière qui inhibe un transfert de chaleur efficace.Nettoyage des deux surfaces avec un chiffon sans peluche et de l'alcool isopropylique avant d'appliquer la pâte pour s'assurer qu'elles sont propres et sèches.

Rôle de la graisse thermique

Le tableau ci-dessous compare les performances thermiques d'un processeur avec et sans l'application de la graisse thermique.

Aspect	Sans graisse thermique	Avec graisse thermique
Chaleur Efficacité de transfert	Contact entre le processeur et le dissipateur thermique est moins efficace en raison du microscopie imperfections et lacunes de l'air, résultant en une conductivité thermique sous-optimale et résistance thermique plus élevée.	Remplissage Entrettes microscopiques d'air entre le processeur et le dissipateur thermique, améliorant conductivité et réduction de la résistance thermique.
Température Règlement	Plus haut températures de fonctionnement	Inférieur températures de fonctionnement
	Thermique Affiche: une plus grande probabilité de réduction des performances pour éviter la surchauffe	Amélioré Performance: réduction de la limitation thermique
	Réduit Durée de vie des composants: des températures élevées prolongées raccourcissent la durée de vie	Augmenté Durée de vie: une meilleure dissipation de chaleur améliore la durée de vie des composants
	Système Stabilité: des températures plus élevées provoquent des accidents ou des arrêts inattendus	Stabilité: Le processeur plus cool fonctionne de manière plus fiable, réduisant les accidents ou les arrêts
Dans l'ensemble Performance du système	Réduit Capacité à maintenir des vitesses d'horloge élevées	Plus Système stable et plus performant
	Diminué efficacité globale	Soutenir Performance maximale pendant des périodes plus longues
	Perceptible Déposez l'expérience utilisateur pendant les tâches de calcul et les jeux	Avantageux Pour des tâches de puissance de traitement élevées comme les jeux et l'édition vidéo
		Plus lisse Performances et intervalles potentiellement plus longs entre les mises à niveau matérielles
Quantitatif Analyse	Inactif Température: 40 ° C	Inactif Température: 35 ° C
	Charger Température: 85 ° C	Charger Température: 70 ° C
	Thermique Résistance: 0,5 ° C / W	Thermique Résistance: 0,2 ° C / W

Composition et propriétés de la graisse thermique

Composition chimique

La graisse thermique est constituée d'un matériau de base, en silicone ou en non-silicone, mélangé à des charges conductrices.Ces choix affectent sa conductivité thermique et électrique et d'autres traits physiques.

Matériau de base

Les graisses à base de silicone sont populaires pour leur stabilité thermique et leur résistance à la rupture sur une large plage de températures.Ils fournissent également une bonne isolation électrique, ce qui les rend idéales pour les applications nécessitant cette propriété.

Les bases non silicone, telles que les huiles synthétiques ou les esters, sont utilisées lorsque de faibles taux de saignement et de faibles taux d'évaporation sont importants.Ceux-ci sont préférés dans les scénarios où la contamination en silicone pourrait être problématique, comme dans les applications optiques ou automobiles.

Charges conductrices

Les oxydes métalliques, tels que l'oxyde de zinc et l'oxyde d'aluminium, sont couramment utilisés car ils équilibrent la conductivité thermique avec isolation électrique.

Les charges métalliques, y compris les particules d'argent, d'aluminium et de cuivre, augmentent la conductivité thermique mais augmentent également la conductivité électrique, qui ne convient pas à toutes les applications.

Des matériaux à base de carbone comme le graphite et les nanotubes de carbone, ainsi que les particules en céramique, sont utilisés pour une conductivité thermique élevée sans risque de conduction électrique.

Propriétés physiques

Conductivité thermique: Cela mesure la capacité du matériau à transférer la chaleur.Les graisses thermiques ont des conductivités thermiques de 0,5 à 10 w / mk, avec des types spécialisés atteignant des valeurs plus élevées.Une conductivité thermique plus élevée signifie un transfert de chaleur plus efficace.

Viscosité: la viscosité affecte la facilité avec laquelle la graisse peut être appliquée et l'épaisseur de la couche formée entre les surfaces.Les graisses de viscosité plus faibles se propagent facilement et conviennent aux applications minces, tandis que les graisses de viscosité plus élevées sont meilleures pour les lacunes plus grandes ou les surfaces rugueuses.

Impédance thermique: L'impédance thermique mesure la résistance au flux de chaleur, en considérant à la fois l'épaisseur de la conductivité thermique et de la couche de graisse.L'impédance thermique plus faible est meilleure pour un transfert de chaleur efficace.

Plage de température de fonctionnement: la plage de température de la graisse doit correspondre aux conditions de fonctionnement de l'appareil ou des machines.Certaines graisses sont conçues pour des températures extrêmes, à la fois faibles et élevées.

Durabilité: Au fil du temps, la graisse thermique peut sécher, durcir ou migrer de la zone d'application, réduisant l'efficacité.La formulation des graisses affecte sa durabilité et la fréquence à laquelle il doit être réappliqué.

Différentes méthodes pour appliquer la graisse thermique

Systèmes de distribution automatisés

Les systèmes de distribution automatisés garantissent l'application cohérente et précise de la graisse thermique dans des paramètres professionnels.Ces systèmes peuvent être programmés pour distribuer la quantité exacte de pâte requise dans l'emplacement spécifique sur un CPU ou un GPU, minimisant l'erreur humaine et la variation de l'épaisseur de l'application.Cette automatisation accélère également le processus d'assemblage dans les environnements de production.

Figure 10: Système de distribution automatisé

Application assistée par laser

Une méthode avancée consiste à utiliser la technologie laser.Les lasers chauffent légèrement la graisse thermique avant l'application, réduisant sa viscosité pour une propagation plus uniforme sur la surface de la puce.Cette technique est particulièrement utile pour les pâtes plus épais ou lorsque la précision est nécessaire.

Techniques d'impression d'écran

Adapté de l'industrie de la fabrication d'électronique, l'impression d'écran applique efficacement la pâte thermique.Un masque définit la zone d'application et un outil de type raclée répartit uniformément la pâte à travers le masque, assurant une couche uniforme avec des bords précis.Cette méthode est la meilleure pour assembler plusieurs processeurs simultanément.

Figure 11: Application de la graisse thermique via l'impression d'écran

Méthodes de pochoir précis

Les méthodes de pochoir impliquent de placer un pochoir sur le CPU ou le GPU avec des ouvertures où la pâte doit être appliquée.La graisse thermique est répartie sur le pochoir et l'excès est retiré, garantissant une épaisseur et une forme cohérentes de la pâte appliquée.

Figure 12: Méthode du pochoir

Application du matériel de changement de phase

Les matériaux à changement de phase (PCM) fondent et se solidifient à des températures spécifiques, absorbant ou libérant de la chaleur dans le processus.Les PCM peuvent être appliqués sous forme de coussinets ou de feuilles qui fondent et se conforment à la surface de la puce lorsqu'ils sont chauffés.Bien qu'ils ne soient pas une pâte traditionnelle, les PCM offrent une alternative innovante, fournissant une conductivité thermique cohérente sans le désordre des composés liquides.

Application ultrasonique

L'application à ultrasons utilise des vibrations pour distribuer uniformément la pâte thermique à travers la surface de la puce.Cette technique est idéale pour réaliser une couche micro-mince de pâte, dans des environnements de haute précision.Il aide également à éliminer les bulles d'air qui peuvent entraver la conductivité thermique.

Impression tridimensionnelle des composés thermiques

La technologie émergente permet l'impression 3D des composés thermiques, permettant un dépôt précis de la pâte thermique dans des modèles qui optimisent le transfert de chaleur.En ajustant la géométrie de l'application de pâte en fonction de la sortie de chaleur de différentes zones de puce, cette méthode pourrait révolutionner l'application de matériaux d'interface thermique à l'avenir.

Conclusion

La graisse thermique est bonne pour gérer la chaleur dans les appareils électroniques, affectant considérablement leur fonctionnement, leur fiabilité et combien de temps ils durent.Cet article met en évidence l'importance de choisir la bonne graisse thermique en examinant les différents types et comment ils sont appliqués.Comprendre le fonctionnement de la graisse thermique, en améliorant les voies thermiques, en abaissant la résistance thermique ou en stimulant le transfert de chaleur montre son rôle dans la conception et le maintien de l'électronique.De nouvelles méthodes d'application telles que les systèmes automatisés, les techniques assistées par laser et l'impression 3D de composés thermiques suggèrent un avenir où une gestion thermique précise et efficace est possible.À mesure que la technologie progresse, la recherche en cours en graisse thermique, garantissant que les appareils électroniques fonctionnent au-delà des attentes dans un monde technologique en évolution rapide.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Quelle est la différence entre le gel thermique et la graisse thermique?

Le gel thermique et la graisse thermique sont des matériaux utilisés pour améliorer le transfert de chaleur entre des composants tels que le processeur d'un ordinateur et son dissipateur thermique.La principale différence réside dans leurs propriétés physiques et leurs méthodes d'application.La graisse thermique est une pâte visqueuse qui nécessite une application manuelle, garantissant qu'elle se propage uniformément pour combler les lacunes microscopiques entre les surfaces.D'un autre côté, le gel thermique est souvent disponible en tampons pré-appliqués ou en semi-solide qui est plus facile à manipuler et à appliquer, mais il ne peut pas toujours fournir une couche de transfert de chaleur aussi efficace en raison de son épaisseur prédéfinie et de sa flexibilité moinssurfaces inégales.

2. Où mettez-vous la graisse thermique?

La graisse thermique est appliquée à la surface du processeur (CPU ou GPU) avant de fixer un dispositif de refroidissement comme un dissipateur de chaleur ou un bloc de refroidissement liquide.Appliquez une couche mince et uniforme directement sur la surface de la puce où la chaleur est générée.Cette couche agit comme un moyen à transférer efficacement la chaleur de la puce vers le refroidisseur, optimisant les performances de l'appareil en abaissant sa température opérationnelle.

3. Quels sont les inconvénients de la graisse thermique?

L'application de la graisse thermique peut être désordonnée.Il nécessite une précision et toute application excessive peut entraîner des déversements sur d'autres composants.

Au fil du temps, la graisse thermique peut sécher, perdre sa conductivité thermique ou même s'échapper entre les surfaces, nécessitant une réapplication.

Certaines graisses thermiques contiennent des matériaux conducteurs qui, s'ils sont mal appliqués, pourraient entraîner des courts circuits ou des dommages aux composants électroniques.

4. Combien de temps la graisse thermique est-elle bonne?

L'efficacité de la graisse thermique dure entre 3 et 5 ans en fonction de la qualité de la graisse et des conditions dans lesquelles le dispositif fonctionne.Au fil du temps, il peut sécher ou se dégrader en raison des cycles de chaleur qu'il subit, ce qui réduit son efficacité dans le transfert de la chaleur.Il est conseillé de vérifier et de remplacer la graisse thermique si les températures de l'appareil commencent à augmenter inhabituellement ou si l'appareil est en service depuis plusieurs années.

5. Comment stockez-vous la graisse thermique?

Pour vous assurer que la graisse thermique maintient son efficacité, conservez-la dans un endroit frais et sec loin de la lumière directe du soleil.Le capuchon du tube de graisse doit être serré en toute sécurité pour éviter l'entrée d'air et le séchage de la graisse.Gardez-le en position verticale pour éviter les fuites et assurez-vous que sa composition reste cohérente pour une application optimale lors de la prochaine utilisation.Évitez les températures extrêmes car elles peuvent modifier la structure chimique de la graisse, affectant ses performances.